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2010-09-15

伺服系統在注塑機上的節能應用

隨着低碳時代的到來,節能環保已經成為各行業倡導的主題。
  注塑行業正面臨着一個飛速發展的機遇,然而在注塑產品的成本的搆成中,電費占了相當的比例,依據注塑機設備工藝的需求,傳統的注塑機油泵馬達耗電占整個設備耗電量比例高達80%~90%。隨着能源問題日益受到重視,尤其是我國近些時候循環經濟理念的提出,節約能源變得越來越重要,設計與制造新一代“節能型”注塑機,就成為迫切需要關注和解決的問題。
  自從發明了注塑機后,注塑機經曆過几個技朮性的革命。
  往復螺杆是早期的一個創新,將塑化及注射功能組合起來,降低了注塑機的成本。
  第二個創新算是比例壓力及流量閥,這與第三個創新:微處理器的廣泛使用息息相關。動作的壓力及流量再不用在閥上手調設置,注塑參數還能記憶起來,方便下次調出來再用。
  第四個創新是變量泵的廣泛釆用,這與不斷上漲的電費不無關系。
  第五個創新應算是全電機的推出。由于沒有油溫的影響,它將穩定性大幅提高。精准、并行動作、省電、減少噪音、沒有漏油污染等都得以大幅改進。
  第六個創新便是伺服電機驅動油泵在注塑機上的應用。節能及3/4閉環、減少噪音等的優點近乎全電機的,但成本就低多了。在原油價不斷上升的今天,相信會大行其道。
  首先我們簡單了解一下伺服電機的工作原理
  伺服電機是一個典型閉環反饋系統,減速齒輪組由電機驅動,其終端(輸出端)帶動一個線性的比例電位器作位置檢測,該電位器把轉角坐標轉換為一比例電壓反饋給控制線路板,控制線路板將其與輸入的控制脈沖信號比較,產生糾正脈沖,并驅動電機正向或反向地轉動,使齒輪組的輸出位置與期望值相符,令糾正脈沖趨于為0,從而達到使伺服電機精確定位的目的。
  伺服電機是為加速減速優化的。伺服電機如何能在維持扭矩之下降低慣性?原來是利用了以下的物理關系。(∝是代表“正比于”的數學符號。)
  扭矩 ∝ 轉子直徑 (線性比例)
  慣性 ∝(轉子直徑)2 (平方比例)
  扭矩 ∝ 轉子長度 (線性比例)
  平方比例較線性比例提升得快。如轉子直徑增加20%,(轉子直徑)2便增加44%(1.22 = 1.44)。
  伺服電機的轉子設計用小直徑來降低慣性,再以長的轉子來回復失去的扭矩。伺服電機的外觀也明顯看見是直徑小但長度大的。
伺服電機在制動時變了發電機,驅動制動電阻,而動能則在制動電阻上變為熱能,散發在大氣中。有瑞士注塑機廠在其全電機中釆用儲能電池吸收了制動的動能,然后釋放出來驅動電機。這充分體現了節能的本色:利用額外的設備來節省(在這里應稱為回收再用)能源。
  伺服電機驅動油泵,油流過管道到達油缸或油馬達,再轉換為動能與全電機比較,直接驅動節省了兩個轉換過程,估計可節約10%的能量。(未完,待續)  

作者:萬世玉


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